Verfahren zur elektronischen Betätigung und Überwachung des Öffnungs- und Schliesszyklusses von elektrisch betätigbaren Aggregaten, wie beispielsweise Fensterheber und elektrischen Schiebedächern, insbesondere von Kraftfahrzeugen sowie eine elektrische Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Bei einem Verfahren zur elektronischen Betätigung und Uberwachung des Öffnungs- bzw. Schließzylkusses von elektrisch betätigbaren Aggregaten, wie beispielsweise Fensterheber und elektrischen Schiebedächern, insbesondere von Kraftfahrzeugen, wobei der an das gleichspannungsgespeiste Bordnetz angeschlossene elektrische Stelltrieb über elektrische Schalter, insbesondere Tastschalter, betätigbar ist, sowie eine elektrische Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens, wird zur Vermeidung von Sicherheitsmängeln (Einklemmen gefährdeter Korperteile, wie Hals, Kopf, Finger usw.) beim Öffnen des Aggregates der zurückgelegte Weg elektronisch erfaßt, beim Schließen des Aggregates der erfaßte Öffnungsweg mit dem jeweils zurückgelegten Schließweg elektronisch verglichen, beim Schließen die Drehzahl des elektrischen Stelltriebes erfaßt und mit einem konstanten Richtwert elektronisch verglichen und bei einer Verminderung der Drehzahl während des Schließvorganges der Stelltrieb abgeschaltet, so daß eine Positionserkennung elektronisch ermöglicht im Gefahrenfall abzuschalten, gegebenenfalls das Aggregat teilweise wieder automatisch zu öffnen und im Normalfall das Aggregat vollständig zu schließen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Betätigung und Überwachung des Öffnungs- bzw. Schließzyklusses von elektrisch betätigbaren Aggregaten, wie beispielsweise Fensterheber und elektrischen Schiebedächern, insbesondere von Kraftfahrzeugen, wobei der an das gleichspannungsgespeiste Bordnetz angeschlossene elektrische Stelltrieb über elektrische Schalter, insbesondere Tastschalter, betätigbar ist, sowie eine elektrische Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Hauptaufgabe des nachstehend beschriebenen elektronischen Systems, insbesondere Fensterhebersystems, ist es, die Sicherheitsmängel (Einklemmen gefährdeter Körperteile, wie Hals, Kopf, Finger usw.) des heutigen elektrischen Systems, insbesondere Fensterheber, FH, abzubauen. Bei dem heutigen elektrischen FH besteht die Gefahr, daß Kfz.-Insassen (z.B. Kinder) durch das sich schließende Fenster verletzt werden.

[0003] Abgeschaltet wird der FH-Motor nur durch Loslassen des betreffenden Tasters oder durch den sich durch Überlast öffnenden Bimetall-Schalter im FH-Motor. Das System als solches ist dann zwar abgeschaltet, aber durch die unverändert bleibende Position der Scheibe wird die Uerletzungsgefahr, je nachdem ob Hals, Kopf, Finger usw. eingeklemmt sind, noch wesentlich vergröBert.

[0004] Insbesondere besteht bei einer Einklemmung des Halses die Gefahr der Strangulation.

[0005] Ein weiterer Nachteil bei dem heutigen elektrischen FH entsteht dadurch, daB, um das Fenster vollständig zu schließen oder zu öffnen, die Taste während des gesamten Bewegungszyklusses betätigt werden muB. Geschaltet wird der FH-Motor bei diesem System direkt über die Taster. Die Taster müssen also die gesamte Leistung schalten. Es wurde schon eine Verbesserung des heutigen elektrischen Systems vorgeschlagen, wobei eine zusätzliche Messung des aufgenommenen FH-Motorstromes erfolgen sollte.

[0006] Der Stromanstieg, der beim Einklemmen gefährdeter Körperteile auftritt, sollte als Abschaltkriterium dienen. Dadurch sollte dann eine höhere Sicherheit erreicht werden. Problem der Strommessung ist es jedoch, die vielen, sich ändernden Größen, die den Strom selbst beeinflussen, zu berücksichtigen.

[0007] Diese sind:

Die schwankende Versorgungsspannung (Versorgungsspannungsbereich).

[0008] Die sich in Abhängigkeit von der Eigenerwärmung des Motors ändernde Stromaufnahme.

[0009] Die sich durch die Krümmung des Fensters ändernde Belastung des FH-Motors und die sich somit ändernde Stromaufnahme.

[0010] Da die Position des Fensters unbekannt ist, kann durch den Stromanstieg nicht unterschieden werden, ob gefährdete Körperteile eingeklemmt werden oder ob das Fenster in die Gummidichtung fährt (Schließlage).

[0011] Diese aufgeführten Kriterien bringen in Bezug auf die Sicherheit des elektrischen FH mit Strommessung zwei Möglichkeiten:

Entweder erfolgt eine sichere Abschaltung und damit Schutz gegen eingeklemmte Körperteile. Dann bleibt aber das Problem, daß das Fenster nicht vollständig geschlossen werden kann.

[0012] Oder es erfolgt eine unsichere Abschaltung und damit ein verminderter Schutz gegen eingeklemmte Körperteile.

[0013] Dann ist aber ein vollständiges Schließen des Fensters möglich.

[0014] Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, verfahrens- und schaltungsmäßig ein System zu schaffen, bei dem sowohl ein gefährliches Einklemmen vom Körperteilen ausgeschlossen als auch ein vollständiges Öffnen und Schließen des Fensters automatisch möglich ist. Das Fensterhebersystem ist beispielsweise genannt. Bei elektrischen Schiebedächern besteht die gleiche Problematik.

[0015] Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen definiert.

[0016] Das erfindungsgemäBe elektronische FH-System mißt die Geschwindigkeit des FH-Motors (mittelbar oder unmittelbar) und vergleicht den ersten erhaltenen Meßwert mit allen nachfolgenden Meßwerten. Durch diesen ersten Meßwert werden alle momentanen, sich über die gesamte Betriebszeit des Fensters, ändernden elektrischen und mechanischen GröBen, wie Eigenerwärmung des FH-Motors, Höhe der Batteriespannung, Zustand und Position des Fensters usw., erfaßt.

[0017] Die Verarbeitung und Aufnahme der Meßwerte erfolgt durch einen Mikrocomputer. Die Geschwindigkeitsmessung selbst kann über eine Lochscheibe und Lichtschranke, Hall IC oder ähnliche Sensoren, die im FH-Motor unter-, oder am FH-Motor angebracht sind, erfolgen. Diese Sensoren können sich auch im oder am mechanischen Hebesystem des FH-Motors befinden. Desweiteren kann durch Aufbringen eines Rasters in der Fensterscheibe in Verbindung mit optoelektronischen Sensoren die Geschwindigkeitsmessung erfolgen. Die Anzahl der Wechsel je Zeiteinheit, die diese Sensoren liefern, sind ein Maß für die Geschwindigkeit des FH-Motors.

[0018] Diese Wechsel werden vom Mikrocomputer laufend eingelesen und weiterverarbeitet.

[0019] Die Wechsel, die diese Sensoren liefern, erfüllen bei diesem System noch eine zweite wichtige Aufgabe. Die Anzahl der Wechsel insgesamt, dient dazu, die Position des Fensters zu bestimmen.

[0020] Diese Positionserkennung ermöglicht es, -im Gefahrenfall- sicher abzuschalten und das Fenster eventuell wieder zu öffnen und -im Normalfall- das Fenster trotzdem vollständig zu schließen.

Funktionsbeschreibung:

[0021] Nach Anklemmen der Bordbatterie bezeichnet der Mikrocomputer die momentane Position der Scheibe als Zustand "Fenster zu" und setzt den Positionszähler auf den Wert 0.

[0022] Wird die Scheibe nun bewegt, so liefert der Sensor Wechsel von 0 nach 1 und umgekehrt, die der Mikrocomputer entsprechend der Drehrichtung addiert und subtrahiert. Wird das Fenster geöffnet, so werden die Wechsel addiert. Wird das Fenster wieder geschlossen, so werden die Wechsel des Sensors wieder subtrahiert. Ausgehend von der Position "Fenster auf" durchläuft die Fensterscheibe während des SchlieBvorganges drei Bereiche (Bereich 1,2 und 3).

[0023] Hierbei sind die Bereiche 1 und 3 Bereiche, in denen der Motor nur abgeschaltet wird, wenn er für kurze Zeit im blockierten Zustand gewesen ist.

[0024] Dieser Blockierzustand wird durch einen Blockierzähler erfaBt, dessen Zeit variabel ist. Er tritt dann in Kraft, wenn vom Sensor keine Wechsel mehr kommen und stellt sicher, daB das Fenster immer vollständig geöffnet und vollständig geschlossen wird, so daB der Motor nicht überlastet wird. Aus diesem Grunde kann der Bimetall-Schalter im Motor entfallen. Zeitbestimmend für alle Zähler und Messungen ist die Taktfrequenz des Mikrocomputers.

[0025] Der Bereich 2 ist der sogenannte Sicherheitsbereich, in dem, ausgehend vom sogenannten 1. Meßwert durch fortlaufende Prüfungen untersucht wird, ob ein Grenzwert überschritten wird.

[0026] Ist dies der Fall, tritt die Gefahrenöffnung ein.

[0027] Der Motor wird gestoppt und anschlieBend gegensinnig in Betrieb gesetzt, so daß sich das Fenster ein wenig öffnet.

[0028] Der Öffnungsweg des Fensters ist variabel. Dieser 1. Meßwert erfaßt alle, die sich während der gesamten Betriebszeit, ändernden elektrischen und mechanischen GröBen des Fensters.

[0029] Ist das Fenster zum Zeitpunkt des Anklemmens der Bordbatterie geschlossen, so arbeitet das elektronische FH-System zu diesem Zeitpunkt bereits mit voller Sicherheit.

[0030] Ist das Fenster nach Anklemmen der Bordbatterie nicht geschlossen, so bezeichnet der Mikrocomputer zunächst diese Position als "Fenster zu". Wird nun die Taste "Fenster zu" betätigt und diese Position überfahren, so erkennt der Mikrocomputer, daB das Fenster nicht geschlossen war. Für den nun folgenden 1. SchlieBzyklus besteht nur bedingte Sicherheit.

[0031] Bedingte Sicherheit bedeutet, daß im Gefahrenfall keine Fensteröffnung erfolgt.

[0032] Der Motor wird jedoch nach Überschreiten eines bestimmten Wertes sofort abgeschaltet.

[0033] Der Mikrocomputer wartet nun bei diesem SchlieBzyklus eine sogenannte Anlaufzeit ab und mißt dann die Zeit zwischen 2 Wechseln (dies kann die Zeit zwischen 2 Wechseln von 0-1 oder von 1-D sein).

[0034] Aus der gemessenen Zeit wird dann der maximal zulässige Wert ermittelt und als Ausgangswert für die nun einsetzenden Prüfungen genommen. Wird dieser 1. Meßwert während einer dieser Prüfungen erreicht, so führt dies zum Abschalten des FH-Motors. Die Höhe des 1. Meßwertes reicht bei dieser Betriebsart aus, um das Fenster vollständig zu schließen, bevor der FH-Motor abgeschaltet wird.

[0035] Nach Abschalten des FH-Motors wird die neue Position der Scheibe als Zustand "Fenster zu" definiert. Wird nun während des ersten Schließzyklusses nach Anklemmen der Bordbatterie ein gefährdetes Körperteil eingeklemmt,

[0036] so wird der FH-Motor zumindest abgeschaltet. Ist das Fenster bereits geschlossen und die Taste "Fenster zu" wird betätigt, so wird der FH-Motor dadurch, da8 er blockiert ist, durch den Blockierzähler (Zeit ca. 500 ms, Zeit ist aber variabel) abgeschaltet.

[0037] Würde die Taste "Fenster zu" betätigt, und der FH-Motor durch den Blockierzähler abgeschaltet, so regeneriert sich hierdurch jedesmal der Positionszähler, d.h. er nimmt dann immer den Wert 0 an.

[0038] Wird nun ausgehend von der Position "Fenster zu" das Fenster geöffnet, so werden nur die eingehenden Wechsel des Sensors im Positionszähler addiert.

[0039] Bei der Tastenbetätigung gibt es folgende Funktionsmöglichkeiten:

a) Tastenbetätigung kurz (t ≤ 0,5 s): Fenster wird vollständig geöffnet oder geschlossen. Die Endabschaltung erfolgt über den Blockierzähler.

b) Tastenbetätigung lang ( t > 0,5 s): Scheibe wird solange bewegt, wie die Taste betätigt wird.

c) Gleiche Taste wird ein zweites Mal betätigt, egal ob kurz oder lang:

Die Fensterbewegung wird gestoppt.

d) Betätigung der Gegentaste:

Funktion der Gegentaste wird übernommen (z.B. Fenster wird geöffnet→ Betätigen der Taste, "Fenster zu"→ Fenster wird dann geschlossen).

[0040] Wird das Fenster geschlossen, so prüft der Mikrocomputer anhand des Positionszählers wo sich das Fenster befindet. Befindet sich das Fenster im Bereich 1, so wird bei Eintritt in den Bereich 2, die Zeit zwischen zwei Wechseln gemessen und abgespeichert.

[0041] Aus diesem 1. Meßwert resultiert dann ein Grenzwert, der, wird er im Bereich 2 bei einer Prüfung überschritten, zur Gefahrenöffnung führt.

[0042] Befindet sich die Scheibe dagegen schon im Bereich 1, so wird das Fenster nach Ablauf des Blockierzählers gestoppt.

[0043] Befindet sich beim Anlauf die Scheibe schon im Bereich 2, so erfolgt nach Abwarten des sogenannten Spielausgleiches (Ausgleich des Spieles im mechanischen Hebesystem) die Übernahme des 1. MeBwertes.

[0044] Aus diesem 1. Meßwert resultiert dann wiederum ein Grenzwert, der, sollte er während der Prüfungen im Bereich 2 überschritten werden, zur Gefahrenöffnung führt.

[0045] Durch Aufteilung des Fensters in diese drei Bereiche und Messung der Geschwindigkeit des Motors ist es möglich, daß gefährdete Körperteile unverletzt bleiben und trotzdem das Fenster vollständig geschlossen werden kann. Durch die zusätzliche Gefahrenöffnung wird beim

[0046] Einklemmen des Halses eine Strangulation durch das Gewicht des Kopfes an der Kante der Fensterscheibe vermieden.

[0047] Es bleibt noch festzuhalten, daB es sich empfiehlt, den Takt (Fig. 1) unabhängig von der Bordspannung zu machen, damit bei einem plötzlichen Spannungsabfall im Bordnetz während der Betätigung der Fensterheber kein Fehlimpuls beim Takt bzw. Sensor erzeugt wird.

[0048] Wesentliche Merkmale der Erfindung sind zusammengefaBt folgende:

1) Digitale Erfassung der Motorgeschwindigkeit über Lochscheibe und Lichtschranke, Hall I0 und ähnliche Sensoren in Verbindung mit einem Mikrocomputer.

2) Positionierung dieser Sensoren:

1) in oder am Fensterhebermotor,

2) in oder am mechanischen Hebesystem,

3) lochscheibenähnlicher Raster in Fensterscheibe in Verbindung mit einer Lichtschranke oder ähnlichem Sensor.

3) Positionserkennung, die durch die Anzahl der Wechsel vom Sensor erfolgt.

4) Aufteilung des Fensters im Bereich. Daraus resultierend ein Sicherheitsbereich, der eine Gefahrenöffnung ermöglicht und ein Bereich, der ein sicheres Schließen des Fensters ermöglicht.

5.) Im Sicherheitsbereich im Gefahrenfall Gefahrenöffnung, wobei die Öffnungsweite variabel ist.

6.) Sogenannter Spielausgleich (Ausgleich des Spiels im mechanischen Hebesystem). Spielausgleich kann variabel gestaltet werden.

7.) Blockzeit, die dann anläuft, wenn keine Wechsel mehr vom Sensor eingehen und die den Motor dann automatisch abschaltet.

8.) Eventuell 2 Lichtschranken, die eine eindeutige Drehrichtungserkennung und damit eine eindeutige Zuordnung der Wechsel ermöglicht.

9.) Bei nicht erfolgter Meßwertaufnahme wird im Gefahrenfall durch zusätzlichen Zähler die Gefahrenöffnung veranlaBt.

10) Nach dem Anlauf des Fensterhebermotors wird der 1. Meßwert aufgenommen. Daraus resultiert ein Grenzwert, der, wird er während einer der fortlaufenden Prüfungen überschritten, zur Gefahrenöffnung führen kann.

11.)Ist nach dem Anklemmen der Versorgungsspannung eines der Fenster nicht vollständig geschlossen, so gilt für den restlichen Schließweg nur bedingte Sicherheit. Bedingte Sicherheit bedeutet nur, daB keine Gefahrenöffnung erfolgt. Der FH-Motor wird trotzdem abgeschaltet.

12.) Nach jedem Blocklauf in Drehrichtung "Zu" Positionszählerrückstellung.

[0049] Durch evtl. Störung immer neue Initialisierung.

[0050] Zum besseren Verständnis ist in der Zeichnung ein Blockschaltbild eines elektronischen FH-Systems gemäB Erfindung dargestellt (Fig. 1). Desweiteren sind die Bereiche am Beispiel einer schematisierten Kfz.-Tür dargestellt (Fig. 2).

Ansprüche

1. verfahren zur elektronischen Betätigung und Überwachung des Öffnungs- bezw. Schließzyklusses von elektrisch betätigbaren Aggregaten, wie beispielsweise Fensterhebern und elektrischen Schiebedächern, insbesondere von Kraftfahrzeugen, wobei der an das gleichspannungsgespeiste Bordnetz angeschlossene elektrische Stelltrieb über elektrische Schalter, insbesondere Tastschalter, betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daB

a.) beim Öffnen des Aggregates der zurückgelegte Weg elektronisch erfaßt wird,

b.) beim Schließen des Aggregates der erfaBte Öffnungsweg mit dem jeweils zurückgelegten Schließweg elektronisch verglichen wird,

c.) beim Schließen die Drehzahl des elektrischen Stelltriebes erfaßt und mit einem konstanten Richtwert elektronisch verglichen wird und

d.) bei einer Verminderung der Drehzahl während des Schließvorganges der Stelltrieb abgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs- bzw. Schließweg des Aggregates in drei Bereiche aufgeteilt wird, nämlich einen ersten Bereich von etwa halbgeöffnet bis völlig geöffnet, einen zweiten Bereich von etwa halbgeöffnet bis fast völlig geschlossen, und einen dritten Bereich von fast völlig geschlossen bis völlig geschlossen, daB ferner im ersten Bereich lediglich der Blockierzustand (völlig geöffnet) erfaßt und dann das Stellorgan abgeschaltet wird, im dritten Bereich ebenfalls lediglich der Blockierzustand (völlig geschlossen) erfaßt und dann das Stellorgan abgeschaltet wird, während im zweiten Bereich die Drehzahl des Stelltriebes ermittelt und nur bei einer Verminderung derselben der Stelltrieb abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verminderung der Drehzahl des Stelltriebes während des Schließvorganges die Drehrichtung des Stelltriebes kurzzeitig umgekehrt wird und dann erst dessen Abschaltung erfolgt.

4. Elektrische Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus elektrisch betätigbaren Aggregaten, zum Beispiel Fensterheber und Schiebedach von Kraftfahrzeugen, jeweils einem mittels Schaltern betätigbaren elektrischen, an das Kraftfahrzeug-Bordnetz angeschlossenen Stelltrieb, sowie zwischen dem jeweiligen Öffnungs- bzw. SchlieBschalter und dem Stelltrieb angeschlossenen Relais, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schalter und Relais ein vom Bordnetz gespeister Microcomputer in den elektrischen Stromkreis eingeschaltet ist, der eingangsseitig von einem Taktgeber konstanter Impulsfrequenz angesteuert ist, der weiter eingangsseitig vom Öffnungs- und SchlieBschalter, und von einem Sensor angesteuert ist, der zudem ausgangsseitig die Relais des Stelltriebes ansteuert, wobei der Sensor als Erfassungselement für die Geschwindigkeit des Motors, des Stelltriebes bzw. des zu verstellenden Aggregates ausgebildet ist und die vom Sensor erfaßten Impulse, die dem Microcumputer zugeführt sind, von diesem sowohl zur Überwachung der Gleichmäßigkeit der Aggregatgeschwindigkeit mit den Taktimpulsen verglichen und zur Erfassung des Stellweges abgespeichert und je nach Richtung der Bewegung ausgehend vom normierten Zustand addiert oder subtrahiert werden.

5. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur digitalen Erfassung der Motor- bzw. Stelltrieb- bzw. Aggregatgeschwindigkeit, als Sensor eine Kombination aus Lochscheibe und Lichtschranke bzw. ein Hall-IC vorgesehen ist.

6. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor im Motor bzw. im Stelltrieb bzw. am Stelltrieb bzw. als lochscheibenähnlicher Raster am Aggregat, Fensterscheibe bzw. Schiebedach, in Verbindung mit mindestens einer Lichtschranke angeordnet ist.

7. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB eine Spannungsstabilisierung für die Versorgungsspannung von Taktgeber, Microcomputer und Sensor vorgesehen ist.

B. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daB der Taktgeber bordspannungsabhängig ausgebildet ist.

Zeichnung